DE19949965A1

DE19949965A1 - Verstärkungsteil für Kurbelwellenlagerstuhl eines Kurbelgehäuses

Info

Publication number: DE19949965A1
Application number: DE1999149965
Authority: DE
Inventors: Manfred Kloft
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-10-16
Filing date: 1999-10-16
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2019-10-17
Also published as: DE19949965B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verstärkungsteil (10) zum Eingießen in einen Lagerstuhlbereich für eine Kurbelwelle eines Kurbelgehäuses (14) einer Brennkraftmaschine, wobei das Verstärkungsteil (10) Aufnahmen (23) für Befestigungsschrauben (24) zum Befestigen eines Lagerdeckels (26) aufweist, wobei an jeder Aufnahme ein zusätzlicher Verstärkungsfortsatz angeordnet ist. Hierbei erstreckt sich jeder Verstärkungsfortsatz (11) axial zur Aufnahme (23) und weist an seiner Oberfläche Erhebungen (13) auf, welche sich in einer von dem Verstärkungsteil (10) definierten Ebene seitlich von dem Verstärkungsfortsatz (11) weg erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kurbelgehäuse mit Lagerstühlen für eine Kurbelwelle, wobei zum Ausbilden eines Kurbelwellenlagers an den Lagerstühlen jeweils ein Lagerdeckel mit Befestigungsschrauben befestigbar ist und wobei ferner ein Verstärkungsteil im Bereich des Lagerstuhls in das Kurbelgehäuse eingegossen ist, wobei das Verstärkungsteil Aufnahmen für die Befestigungsschrauben zum Befestigen des Lagerdeckels aufweist, wobei an jeder Aufnahme ein zusätzlicher Verstärkungsfortsatz angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verstärkungsteil zum Eingießen in einen Lagerstuhlbereich für eine Kurbelweile eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, wobei das Verstärkungsteil Aufnahmen für Befestigungsschrauben zum Befestigen eines Lagerdeckels aufweist, wobei an jeder Aufnahme ein zusätzlicher Verstärkungsfortsatz angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Insbesondere bei Kurbelgehäusen aus Leichtmetall, wie beispielsweise Magnesium, ergeben sich bei einem Hauptlagerstuhl für eine Kurbelwelle folgende Problempunkte:
Ungenügende Kriechfestigkeit an der Lagerdeckelauflagefläche, ungenügende Gewindefestigkeit an der Lagerdeckelbefestigung sowie zu hohe Wärmeausdehnung bzw. zu großes Warmlagerspiel.

Aus der DE 195 45 000 C1 ist es bekannt, in den Lagerdeckel eines Kurbelwellenlagers ein Einlegteil aus einem eisenhaltigen Werkstoff einzugießen. Dieses Einlegeteil weist ein die Lagerbohrung umgebendes Tragteil auf, von dem radial verlaufende Streben ausgehen, die bis zu einer Unterseite des Lagerdeckels reichen. Diese Streben weisen Bohrungen auf, durch die entsprechende Schrauben zum Befestigen des Lagerdeckels am Kurbelgehäuse greifen. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie Festigkeitsprobleme im Bereich des Lagerstuhls des Kurbelgehäuses nicht beseitigen kann.

Aus der EP 0 145 393 A2 ist es ferner bekannt, im Bereich eines Lagerstuhles eines Kurbelgehäuses ein Verstärkungsteil einzugießen, welches Aufnahmen für Schrauben zum Befestigen des Lagerdeckels aufweist. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sich bei einem Kurbelgehäuse aus Leichtmetall keine ausreichende Festigkeit bzgl. einer Gefahr eines Herausbrechens des vollständigen Verstärkungsteiles aus dem Kurbelgehäuse ergibt.

D

er vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine sowie ein Verstärkungsteil der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, welche die o. g. Nachteile beseitigen und eine Lagerung der Kurbelwelle, insbesondere bei Leichtmetallkurbelgehäusen, weiter verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verstärkungsteil der o. g. Art mit den in Anspruch 10 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Zur Lösung der Aufgabe ist es bei einer Brennkraftmaschine der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich jeder Verstärkungsfortsatz axial zur Aufnahme erstreckt und an seiner Oberfläche Erhebungen aufweist, welche sich in einer von dem Verstärkungsteil definierten Ebene seitlich von dem Verstärkungsfortsatz weg erstrecken.

Dies hat den Vorteil, daß durch die tief in den Werkstoff des Kurbelgehäuses ragenden Verstärkungsfortsätze am Lagerstuhl für die Kurbelwelle eine zuverlässige Kraftweiterleitung in das Kurbelgehäuse erzielt wird, ohne dabei den Lagerstuhl selbst aus dem umgebenden Leichtmetall (im wesentlichen Mg) zu stark zu schwächen. Ein vollständiges Herausbrechen im Bereich das Lagerstuhles ist somit wirksam verhindert. Ein Kriechen in der Lagerdeckelauflagefläche ist ebenso vermieden, wie ein Kriechen bzw. Ausreißen in der Lagerdeckelverschraubung. Durch die Erhebungen ergibt sich ferner eine wirksame Verklammerung zwischen dem Verstärkungsteil und dem Werkstoff des Kurbelgehäuses.

Eine zusätzliche Verbesserung der Verklammerung zwischen Verstärkungsteil und Werkstoff des Kurbelgehäuses erzielt man dadurch, daß die Erhebungen vom Verstärkungsfortsatz ausgehend sich in ihrer Breite konisch verjüngend ausgebildet sind und eine dem Verstärkungsteil entsprechende, konstante Dicke aufweisen.

Eine korrekte Einpassung des Lagerdeckels ist dadurch sichergestellt, daß seitlich benachbart zu jeder Aufnahme eine über ein kurbelwellenseitiges Ende des Verstärkungsteils hinaus ragende Erhebung vorgesehen ist, wobei die Erhebungen gegenüberliegend derart ausgebildet und angeordnet sind, daß diese Erhebungen eine Passung für einen Lagerdeckel ausbilden.

Eine Schwächung des Verstärkungsteils auch bei einer durch dieses geführten Ölbohrung zum Kurbelwellenlager ist dadurch vermieden, daß das Verstärkungsteil wenigstens eine Durchgangsbohrung für die Ölbohrung aufweist und daß das Verstärkungsteil im Bereich der Durchgangsbohrung für die Ölbohrung und im Bereich der Aufnahmen für die Befestigungsschrauben eine erhöhte Materialstärke aufweist.

Eine besonders hohe Festigkeit des Lagerstuhles erzielt man dadurch, daß die erhöhte Materialstärke in Richtung parallel zur Kurbelwelle ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungsteil symmetrisch zu einer Hochachse ausgebildet sowie beispielsweise aus Sinterstahl hergestellt.

Zum Verstärken eines das Verstärkungsteil umgebenden Lagerstuhlbereiches sind äußere Seiten der Verstärkungsfortsätze derart ausgebildet, daß jeweilige an der Kontur dieser äußeren Seiten anliegende Linien einen vorbestimmten Winkel mit der Hochachse, insbesondere einen Winkel von 20 Grad, derart einschließen, daß sich das Verstärkungsteil ausgehend von den Aufnahmen für Befestigungsschrauben verjüngt.

Eine sanfte Krafteinleitung in den Werkstoff des Kurbelgehäuses erzielt man dadurch, daß sich eine Materialstärke des Verstärkungsteiles ausgehend von einem kurbelwellenseitigen Ende verringert.

Ferner ist es zur Lösung der o. g. Aufgabe bei einem Verstärkungsteil der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich jeder Verstärkungsfortsatz axial zur Aufnahme erstreckt und an seiner Oberfläche Erhebungen aufweist, welche sich in einer von dem Verstärkungsteil definierten Ebene seitlich von dem Verstärkungsfortsatz weg erstrecken.

Eine Schwächung des Verstärkungsteils auch bei einer durch dieses geführten Ölbohrung zum Kurbelwellenlager ist dadurch vermieden, daß das Verstärkungsteil in einem Bereich einer nach einem Gußvorgang im Kurbelgehäuse zu erstellende und durch das Verstärkungsteil hindurch verlaufende Durchgangsbohrung für eine Ölbohrung und in einem Bereich der Aufnahmen für die Befestigungsschrauben eine erhöhte Materialstärke aufweist.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäße Verstärkungsteiles in Seitenansicht,

Fig. 2 in Unteransicht,

Fig. 3 einen schematischen Teilschnitt eines Kurbelgehäuses einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit eingegossenem Verstärkungsteil gemäß Fig. 1 und 2,

Fig. 4 einen weiteren schematischen Teilschnitt eines Kurbelgehäuses einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit eingegossenem Verstärkungsteil gemäß Fig. 1, 2 und angeschraubten Lagerdeckel und

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des Verstärkungsteiles von Fig. 1.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstärkungsteiles 10 zum Eingießen in einen Lagerstuhlbereich eines eine Kurbelwelle tragenden Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine ist symmetrisch zu einer Hochachse 12 mit zwei Verstärkungsfortsätzen 11 ausgebildet. An seinem Außenumfang ist das Verstärkungsteil 10 zacken- bzw. wellenförmig ausgebildet bzw. weist tannenbaumartige Erhebungen 13 auf, welche konisch ausgebildet sind, so daß sich beim Eingießen in das Kurbelgehäuse durch entsprechende Verankerung eine feste Verbindung zwischen dem Verstärkungsteil 10 und dem umgebenden Material bzw. Umguß des Kurbelgehäuses ergibt. Dies ist besonders bei einem Kurbelgehäuse aus Magnesium vorteilhaft und erzeugt eine Festigkeit, welche ohne das erfindungsgemäße Verstärkungsteil nicht erreichbar ist und den Einsatz von Kurbelgehäusen aus Magnesium kostengünstig und serienreif macht.

Nach dem Guß des Kurbelgehäuses 14 wird, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, eine Ölversorgungsbohrung 16 in diesem hergestellt, welche sich bis zum Lager des Lagerstuhles für die Kurbelwelle erstreckt, um dieses Lager mit Schmieröl zu versorgen. Das Verstärkungsteil 10 ist dabei derart ausgebildet und angeordnet, daß die Ölversorgungsbohrung 16 durch zwei Abschnitte 18 und 20 verläuft. In diesen Abschnitten 18, 20 weist das Verstärkungsteil 10 eine erhöhte Materialstärke auf, wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, wobei in Fig. 1 und 3 die Bereiche mit erhöhter Materialstärke schraffiert dargestellt sind. In den Fig. 1 und 3 erstreckt sich die erhöhte Materialstärke in Richtung senkrecht zur Zeichenebene. Durch diese erhöhte Materialstärke ergibt sich im wesentlichen keine mechanische Schwächung der Bereiche 18 und 20 des Verstärkungsteiles 10 durch die Ölbohrung 16.

Im Bereich 22 von Aufnahmen 23 für Befestigungsschrauben 24 für einen Lagerdeckel 26 (Fig. 4) ist die Materialstärke ebenfalls erhöht, wie aus den Schraffierungen in Fig. 1 und 3 ersichtlich, so daß sich auch durch die Aufnahmen 23 keine wesentliche mechanische Schwächung des Verstärkungsteiles ergibt. Auch in den Fig. 1 und 3 erstreckt sich die erhöhte Materialstärke in Richtung senkrecht zur Zeichenebene. Die Verstärkungsfortsätze 11 erstrecken sich im wesentlichen entlang einer Mittelachse der Aufnahmen 23, so daß die Verstärkungsfortsätze 11 weit von dem Lagerstuhl weg in das Kurbelgehäuse 14 hinein ragen.

Wie sich insbesondere aus Fig. 1 und 2 ergibt, sind die Bereiche 18, 20 und 22 mit verstärkter Materialstärke spiegelsymmetrisch zur Hochachse 12 ausgebildet. Dadurch erleichtert sich eine Handhabung des Verstärkungsteiles 10 beim Einlegen in eine Form vor dem Gießen des Kurbelgehäuses 14, da man nicht darauf achten muß, an welcher Seite des Kurbelgehäuses 14 später die Ölversorgungsbohrung 16 eingebracht wird.

Somit erstreckt sich die Ölversorgungsbohrung 116, wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, von einer Lagerfläche 28 des Lagerstuhles im Kurbelgehäuse 14 durch eine Lagerschale 32, das Kurbelgehäuse 14 und die Bereiche 18 und 20 des Verstärkungsteiles 10 hindurch bis zu einer Ölzuführbohrung 30 im Kurbelgehäuse 14.

Bisher bestand bei einem Kurbelgehäuse 14 aus Magnesium die Gefahr, daß nach der Einpassung der Lagerdeckel 26 und nach dem Entfernen der eingepaßten Lagerdeckel 26, Einsetzten der Kurbelwelle in die Lagerstühle des Kurbelgehäuses 14 und wieder montieren der Lagerdeckel 26 entsprechend zuvor nachbearbeitete Paßflächen wegen der mechanischen Eigenschaften bzgl. Festigkeit von Magnesium beschädigt werden und es so zu einer leichten Verschiebung der Lagerdeckel 26 kommt. Im Ergebnis hat die Kurbelwelle keinen Freigang mehr, d. h. sie läßt sich nicht mehr frei drehen.

Erfindungsgemäß sind an dem Verstärkungsteil 10 an einer dem Lagerdeckel 26 zugewandten Seite bzw. an einer Seite mit den Aufnahmen 23 für die Befestigungsschrauben 24 seitliche Erhebungen 34 vorgesehen, welche derart angeordnet und ausgebildet sind, daß sie den montierten Lagerdeckel 26 umgreifen und somit seitlich exakt positionieren. Ein Verschieben der Lagerdeckel 26 bei der Montage ist ausgeschlossen. Hierbei bilden die Erhebungen 34 eine Preßpassung für den Lagerdeckel 26 aus und fixieren somit letzteren in einer genau definierten Position, so daß ein entsprechender Freigang der Kurbelwelle sichergestellt ist.

Wie sich insbesondere aus Fig. 1 ergibt, sind äußere Seiten der Verstärkungsfortsätze 11 derart ausgebildet, daß jeweilige an der Kontur dieser äußeren Seiten anliegende Linien 36 einen vorbestimmten Winkel 38 mit der Hochachse 12 von beispielsweise 20 Grad derart einschließen, daß sich das Verstärkungsteil 10 ausgehend von den Aufnahmen 22 für Befestigungsschrauben 24 verjüngt. Hierdurch wird der das Verstärkungsteil 10 umgebende Lagerstuhlbereich gestärkt.

Wie sich ferner aus Fig. 5 ergibt, verringert sich eine Materialstärke des Verstärkungsteiles 10 ausgehend von einem kurbelwellenseitigen Ende 40 desselben, so daß sich eine sanfte Krafteinleitung in den Werkstoff des Kurbelgehäuses ergibt. Hierbei beträgt die Materialstärke am kurbelwellenseitigen Ende 40 des Verstärkungsteiles 10 beispielsweise 10 mm und am gegenüberliegenden Ende 42 beispielsweise 6 mm.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Verstärkungsteil

11

Verstärkungsfortsatz

12

Hochachse

13

tannenbaumartige Erhebungen

14

Kurbelgehäuse

16

Ölversorgungsbohrung

18

Abschnitt mit Ölversorgungsbohrung

20

Abschnitt mit Ölversorgungsbohrung

22

Bereich von Aufnahmen für Befestigungsschrauben

23

Aufnahmen

24

Befestigungsschrauben

26

Lagerdeckel

28

Lagerfläche

30

Ölzuführbohrung

32

Lagerschale

34

seitliche Erhebungen

36

Linien

38

Winkel

40

kurbelwellenseitiges Ende

42

gegenüberliegendes Ende

Claims

1. Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kurbelgehäuse (14) mit Lagerstühlen für eine Kurbelwelle, wobei zum Ausbilden eines Kurbelwellenlagers an den Lagerstühlen jeweils ein Lagerdeckel (26) mit Befestigungsschrauben (24) befestigbar ist und wobei ferner ein Verstärkungsteil (10) im Bereich des Lagerstuhls in das Kurbelgehäuse (14) eingegossen ist, wobei das Verstärkungsteil (10) Aufnahmen (23) für die Befestigungsschrauben (24) zum Befestigen des Lagerdeckels (26) aufweist, wobei an jeder Aufnahme ein zusätzlicher Verstärkungsfortsatz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Verstärkungsfortsatz (11) axial zur Aufnahme (23) erstreckt und an seiner Oberfläche Erhebungen (13) aufweist, welche sich in einer von dem Verstärkungsteil (10) definierten Ebene seitlich von dem Verstärkungsfortsatz (11) weg erstrecken.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (13) vom Verstärkungsfortsatz (11) ausgehend sich in ihrer Breite konisch verjüngend ausgebildet sind und eine dem Verstärkungsteil (10) entsprechende, konstante Dicke aufweisen.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich benachbart zu jeder Aufnahme (23) eine über ein kurbelwellenseitiges Ende des Verstärkungsteils (10) hinaus ragende Erhebung (34) vorgesehen ist, wobei die Erhebungen (34) gegenüberliegend derart ausgebildet und angeordnet sind, daß diese Erhebungen (34) eine Passung für einen Lagerdeckel (26) ausbilden.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Kurbelwellenlager in Verbindung stehende Ölbohrung (16) in dem Kurbelgehäuse (14) ausgebildet ist, daß das Verstärkungsteil (10) wenigstens eine Durchgangsbohrung für die Ölbohrung (16) aufweist und daß das Verstärkungsteil (10) im Bereich (18, 20) der Durchgangsbohrung für die Ölbohrung (16) und im Bereich (22) der Aufnahmen (23) für die Befestigungsschrauben (24) eine erhöhte Materialstärke aufweist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Materialstärke in Richtung parallel zur Kurbelwelle ausgebildet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil (10) symmetrisch zu einer Hochachse (12) ausgebildet ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil (10) aus Sinterstahl hergestellt ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Seiten der Verstärkungsfortsätze (11) derart ausgebildet sind, daß jeweilige an der Kontur dieser äußeren Seiten anliegende Linien (36) einen vorbestimmten Winkel (38) mit der Hochachse (12), insbesondere einen Winkel (38) von 20 Grad, derart einschließen, daß sich das Verstärkungsteil (10) ausgehend von den Aufnahmen (22) für Befestigungsschrauben (24) verjüngt.

9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Materialstärke des Verstärkungsteiles (10) ausgehend von einem kurbelwellenseitigen Ende (40) verringert.

10. Verstärkungsteil (10) zum Eingießen in einen Lagerstuhlbereich für eine Kurbelwelle eines Kurbelgehäuses (14) einer Brennkraftmaschine, wobei das Verstärkungsteil (10) Aufnahmen (23) für Befestigungsschrauben (24) zum Befestigen eines Lagerdeckels (26) aufweist, wobei an jeder Aufnahme ein zusätzlicher Verstärkungsfortsatz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Verstärkungsfortsatz (11) axial zur Aufnahme (23) erstreckt und an seiner Oberfläche Erhebungen (13) aufweist, welche sich in einer von dem Verstärkungsteil (10) definierten Ebene seitlich von dem Verstärkungsfortsatz (11) weg erstrecken.

11. Verstärkungsteil (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (13) vom Verstärkungsfortsatz (11) ausgehend sich in ihrer Breite konisch verjüngend ausgebildet sind und eine dem Verstärkungsteil (10) entsprechende, konstante Dicke aufweisen.

12. Verstärkungsteil (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich benachbart zu jeder Aufnahme (23) eine über ein kurbelwellenseitiges Ende des Verstärkungsteils (10) hinaus ragende Erhebung (34) vorgesehen ist, wobei die Erhebungen (34) gegenüberliegend derart ausgebildet und angeordnet sind, daß diese Erhebungen (34) eine Passung für einen Lagerdeckel (26) ausbilden.

13. Verstärkungsteil (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsteil (10) in einem Bereich (18, 20) einer nach einem Gußvorgang im Kurbelgehäuse (14) zu erstellende und durch das Verstärkungsteil (10) hindurch verlaufende Durchgangsbohrung für eine Ölbohrung (16) und in einem Bereich (22) der Aufnahmen (23) für die Befestigungsschrauben (24) eine erhöhte Materialstärke aufweist.

14. Verstärkungsteil (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieses symmetrisch zu einer Hochachse (12) ausgebildet ist.

15. Verstärkungsteil (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus Sinterstahl hergestellt ist.

16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Seiten der Verstärkungsfortsätze (11) derart ausgebildet sind, daß jeweilige an der Kontur dieser äußeren Seiten anliegende Linien (36) einen vorbestimmten Winkel (38) mit der Hochachse (12), insbesondere einen Winkel (38) von 20 Grad, derart einschließen, daß sich das Verstärkungsteil (10) ausgehend von den Aufnahmen (22) für Befestigungsschrauben (24) verjüngt.

17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Materialstärke des Verstärkungsteiles (10) ausgehend von einem kurbelwellenseitigen Ende (40) verringert.